Rozhodovanie o najvhodnejšom type vykurovania pre váš domov môže byť náročné, vzhľadom na širokú ponuku vykurovacích systémov a potrebu objektívne porovnať ich výhody a nevýhody. Jedným z kľúčových faktorov pri tomto rozhodovaní sú prevádzkové náklady, teda koľko vás bude ročné vykurovanie domu s rôznymi zdrojmi tepla stáť. Tento článok sa zameriava na vykurovanie drevnou štiepkou, obnoviteľným zdrojom energie s potenciálom znížiť náklady a emisie.
Analýza nákladov na vykurovanie s drevnou štiepkou
Technická univerzita vo Zvolene vypracovala podrobnú analýzu nákladov na vykurovanie rodinného domu rôznymi zdrojmi energie, vrátane drevnej štiepky. Pre túto analýzu bol vybraný typický dvojpodlažný rodinný dom s pôdorysnými rozmermi 9,75 x 9,75 m, zastavanou plochou 95 m2 a úžitkovou plochou 154 m2. Dom nebol podpivničený a bol založený na základových pásoch. Analýza zahŕňala výpočet tepelno-technických vlastností, tepelných strát, mernej potreby tepla na vykurovanie a spotreby energie pri rôznych spôsoboch vykurovania.
Drevná štiepka ako obnoviteľný zdroj energie
Drevo, vrátane drevnej štiepky, patrí k obnoviteľným zdrojom surovín. Slovensko má vysokú mieru lesnatosti a bohaté zásoby dreva. Pri vyváženom hospodárení s lesmi, kde je podiel ťažby menší ako celkový bežný prírastok, sa zásoby drevnej suroviny neustále zvyšujú, čo zabezpečuje šetrnosť k lesom. Navyše, drevo počas svojho rastu akumuluje oveľa viac CO₂, ako ho uvoľní pri spaľovaní, čím sa dosahuje vysoko záporná bilancia.
Emisie CO₂ a primárna energia
Budovy spotrebúvajú až 40 % celkovej vyrobenej energie, preto je dôležité zohľadňovať širšie súvislosti spôsobu vykurovania s dopadom na životné prostredie a celkovú spotrebu energie. Primárna energia vyjadruje prvotnú potrebu energie v mieste jej výroby, so zohľadnením všetkých strát z dôvodu účinnosti zariadenia na jej výrobu, strát na rozvodoch a pri transformácii. Množstvo emisií vyprodukovaných pri výrobe energie zase vyjadruje množstvo emisií oxidu uhličitého.
Prepočty a grafy, ktoré vyjadrujú tieto hodnoty pre jednotlivé spôsoby vykurovania, sú založené na prepočítavacích faktoroch z metodiky energeticko-ekologického hodnotenia budov (energetickej certifikácie) a sú uvedené vo vyhláške MVRR SR č. 311/2009 Z. z. a v prílohe č. 2 k vyhláške MDVRR SR č. 364/2012 Z. z. Výpočet emisií oxidu uhličitého stanovuje norma STN EN 15603 s využitím hodnôt súčiniteľa emisií CO₂.
Prečítajte si tiež: Koľko vody ušetríte s umývačkou?
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené množstvá emisií CO₂ a potreba primárnej energie pre vykurovanie rodinného domu rôznymi vykurovacími systémami pre vzorový dom:
| Vykurovací systém | Emisie CO₂ (kg/kWh) | Potreba primárnej energie (kWh) |
|---|---|---|
| Zemný plyn | 0,277 | |
| Čierne uhlie | 0,394 | |
| Hnedé uhlie triedené | 0,433 | |
| Drevené pelety/štiepka/kusové drevo | 0,020 | |
| Energetický mix (elektrina) | 0,293 |
Ekologické a ekonomické aspekty vykurovania drevom
Z ekonomického hľadiska je vykurovanie akumulačnými kachľovými pecami a krbmi prevádzkovo najlacnejšie. Prevádzkové náklady takéhoto typu vykurovania sú nižšie ako napríklad pri elektrickom podlahovom kúrení. Ekologické hľadisko je ďalším argumentom pre výber kachľovej pece alebo akumulačného krbu, pretože emisie CO₂, ktoré spôsobujú skleníkový efekt, sú pri tomto spôsobe vykurovania najnižšie.
Alternatívy vykurovania krbmi a pecami
V oblasti vykurovania krbmi a pecami existuje viacero možností. Sálavé teplo z krbov a pecí je podobné slnečnému žiareniu a má regeneračný efekt.
Hypokaustové vykurovanie
Hypokaustový systém vykurovania má korene už v starovekom Ríme a spočíva vo vykurovaní zdola cez dutinovú konštrukciu podlahy. Tento systém poskytuje zdravé sálavé teplo v celom dome a umožňuje rozvedenie tepla aj do iných miestností.
Teplovodné krby a pece
Teplovodné krby a pece môžu slúžiť ako hlavný zdroj kúrenia. Voda sa akumuluje v akumulačnej nádrži a rozvádza teplo do vzdialenejších miestností. Toto riešenie je vhodné aj pre novodobé budovy s malou potrebou tepla. Pri vykurovacích vložkách je možné kombinovať H2O vykurovanie s akumulačnou prevádzkou kachľovej pece. Podiel energie do vody dimenzuje kachliar individuálne podľa domu v rozmedzí 30 - 72 % z celkového výkonu ohniska.
Prečítajte si tiež: Elektrina a bojler
Kachľové pece s akumulačným systémom
Kachľové pece sú určené na spaľovanie suchého dreva s vlhkosťou do 20 % a drevených brikiet z prírodného dreva bez chemických prísad. Výkon pece sa dimenzuje podľa veľkosti a tepelnej potreby priestoru, ktorý má pec vykúriť. Kachľová pec vytvára zdravú a príjemnú klímu a musí byť prispôsobená presne na konkrétny interiér. Pec sa dimenzuje na rôzne intervaly prikladania, najčastejšie na 12 hodín. Po dohorení paliva sa uzatvára prívod vzduchu, aby sa vyprodukovaná energia naakumulovala v šamotových tvarovkách v peci a postupne sa uvoľňovala do priestoru ako príjemné sálavé teplo.
Moderné akumulačné systémy umožňujú zabudovanie aj väčších presklených dvierok, takže pec poskytuje popri príjemnom sálavom teple aj efekt ohňa krbu. Tieto pece umožňujú zároveň rýchlejšiu montáž vďaka premyslenému systému tvaroviek a sú vyhotovené zo špeciálneho šamotu, ktorý vedie teplo rýchlejšie ako bežný šamot.
Dôležitosť odbornosti kachliara
Realizáciu kachľovej pece by mal vykonávať len vyučený kachliar s odbornou spôsobilosťou. Dôrazne sa odporúča vyžiadať si od potenciálneho kachliara referencie od jeho predchádzajúcich zákazníkov.
Vplyv cien energií a sebestačnosť
Ceny energií sa z roka na rok menia, no v zásade dlhodobo rastú. Najúčinnejšou reakciou na rast a zmenu cien energií je sebestačnosť. To znamená, že sme výrazne menej viazaní na udalosti na svetovom trhu a meniace sa ceny energií nás ovplyvňujú podstatne menej, ako keby sme neboli sebestační. Sebestačnosť je však možná len s určitými druhmi energie.
Kedy nakupovať palivo
Najlepší čas na nákup energií je bezprostredne po skončení vykurovacej sezóny, kedy je vyššia ponuka a nižší dopyt. V prípade drevného odpadu, dreva, peliet a biomasy sa na domácom trhu ceny tvoria podľa ponuky a dopytu a nezávisia od ekonomickej, politickej alebo inej situácie. Drevnú biomasu je najlepšie nakupovať v období tesne pred letom (máj, jún) a najneskôr do augusta.
Prečítajte si tiež: Koľko stojí olejové čerpadlo pre BMW E90?
Výber zdroja energie a typ objektu
Výber vhodného zdroja energie závisí predovšetkým od typu objektu. Nezáleží na tom, či ide o starú budovu s minimálnou izoláciou alebo o novú, modernú budovu s dobrou izoláciou alebo dokonca o nízkoenergetický dom. Ročné náklady na vykurovanie akejkoľvek budovy súvisia s energetickou triedou.
Investície do ekologických technológií
Jedným z najvhodnejších riešení stabilizovania ceny tepla a zníženia produkcie škodlivých emisií CO₂ je investovanie do nových ekologickejších technológií využívajúcich pevnú biomasu na energetické účely. Pevná biomasa je v podobe rastlín chemicky zakonzervovaná slnečná energia a je jedným z najuniverzálnejších a najrozšírenejších alternatívnych zdrojov energie na zemi. Získava sa ako odpad z poľnohospodárstva, lesníctva, drevospracujúceho a potravinárskeho priemyslu a z vypestovaných rýchlorastúcich energetických drevín. Pevné formy biomasy sa ako palivo využívajú priamo v kotlových systémoch na výrobu tepla na prípravu TV a ÚK alebo na prípravu pary na výrobu „zelenej“ elektrickej energie.
Výhody pevnej biomasy
Prednosťou pevnej biomasy ako alternatívneho paliva v porovnaní s fosílnymi palivami (uhlie, ropa, zemný plyn) je produkcia minimálneho množstva emisií SOx v spalinách a neutralita emisií CO₂, pretože pri spaľovaní biomasy sa uvoľní iba toľko CO₂, koľko rastlina počas svojho rastu prijala. Z pevnej biomasy má najväčší využiteľný potenciál drevná biomasa, pri ktorej sú významným zdrojom korunové časti stromov dlhovekých lesov, drevné odpady z drevárskeho priemyslu a komunálna biomasa zo zvyškov verejnej zelene zo záhrad a mestských parkov. Perspektívnym zdrojom palivovej biomasy sú energetické porasty rýchlorastúcich drevín (topoľ, vŕba, agát, osika, jelša), jednoročných a viacročných energetických plodín. Energetické porasty možno zakladať na plochách nevhodných na klasickú poľnohospodársku a lesnícku produkciu, na pôdach dočasne vylúčených z poľnohospodárskej výroby, na kontaminovaných pôdach vhodných len na produkciu na nepotravinárske účely a tiež na zdevastovaných plochách v priemyselných aglomeráciách.
Potenciál drevnej a poľnohospodárskej biomasy na Slovensku
Celkový ročný potenciál drevnej biomasy na Slovensku je približne 4 milióny ton s energetickou hodnotou 34,9 PJ. Ako veľmi perspektívne sa na Slovensku javí energetické využitie poľnohospodárskej biomasy. Okrem toho, že pestovanie poľnohospodárskych plodín nevyžaduje vysoké investície súvisiace s nákupom špeciálnych technológií na výsadbu a zber, ich veľkou výhodou sú priaznivé ceny a výhodné energetické parametre. Z poľnohospodárskych plodín sa ako najperspektívnejšia na energetické využitie javí slama, ktorú možno na Slovensku získať z husto siatych obilnín, repky, kukurice a slnečnice. Celkový využiteľný potenciál poľnohospodárskej biomasy na energetické účely je na Slovensku približne 2 milióny ton s energetickou hodnotou 28,26 PJ.
Výhrevnosť a technológie spaľovania biomasy
Výhrevnosť pevnej biomasy ovplyvňuje obsah vody (vlhkosť paliva), ktorý sa uvádza v percentách. Suché typy vo všeobecnosti obsahujú 0 až 30 % vody z celkovej hmotnosti a mokré typy obsahujú 30 až 60 % vody z celkovej hmotnosti. V biomasových kotlových zariadeniach možno spaľovať palivo s obsahom vody približne od 7 do 60 % z celkovej hmotnosti.
Technológia na spaľovanie biomasy sa v princípe skladá z dvoch hlavných častí: z vlastného kotlového zariadenia, v ktorom sa palivo spaľuje, a zo systému dopravníkov, ktoré dopravujú palivo do kotla a odoberajú z neho nespálené zvyšky (popol). Vo vnútornom priestore kotla sa nachádza stupňovitý rošt, na ktorom sa palivo vysúša a dochádza k jeho splyňovaniu a horeniu. Nezhorené časti sa vo forme popola odvádzajú zo spodnej časti roštu dopravnými systémami do popolového kontajnera, ktorý sa odváža nákladnými autami. Súčasťou kotlových zariadení sú výmurovky a výmenníky tepla s rúrkovnicami uloženými v horizontálnom alebo vertikálnom smere.
Variabilita biomasových kotlových systémov
Biomasové technológie sa navrhujú a dimenzujú buď na palivo s nižším alebo vyšším obsahom vody a v závislosti od teploty bodu tavenia popola. Ak porovnáme dva najrozšírenejšie zdroje pevnej biomasy na výrobu tepla - slamu a štiepku, pri drevnej štiepke je bod tavenia popola vyšší ako 1 000 °C, pri slame je bod tavenia popola nižší a začína sa od 820 °C. Aj masívnosť výmurovky vnútri spaľovacej komory kotlového zariadenia sa navrhuje v závislosti od percentuálneho obsahu vody a bodu tavenia popola. Čím vlhkejšie palivo sa spaľuje, tým je výmurovka masívnejšia.
Pri technológii s masívnou výmurovkou nemožno pri spaľovaní meniť napr. vlhký drevný odpad na suchý drevný odpad alebo slamu, pretože by došlo k poškodeniu výmurovky a celého kotlového zariadenia a k produkcii nežiaducich emisných častíc. Výnimkou v tomto smere je dánska technológia JUSTSEN, ktorej výhodou je vysoká variabilita. Použitím stien chladených vodou v spaľovacej komore, stupňovitého, vodou chladeného roštu a optimálne navrhnutej plochy výmurovky možno tým istým kotlovým zariadením spaľovať mokrú drevnú štiepku, suchú štiepku alebo slamu bez vplyvu na zvýšenie emisií a bez zvýšeného zaťaženia kotla, resp. jeho poškodenia.
Projekty výroby tepla z biomasy na Slovensku
Na Slovensku existuje viacero úspešných projektov výroby tepla z biomasy. Prvým a doteraz najväčším zrealizovaným projektom na výrobu tepla z pevnej biomasy pre komunálnu sféru je projekt rekonštrukcie centralizovaného zásobovania teplom (CZT) v meste Nová Dubnica. Ide o projekt s celkovým inštalovaným výkonom biomasových kotlov 16 MW na spaľovanie mokrej a suchej drevnej štiepky. Vďaka tomuto projektu majú obyvatelia Novej Dubnice jednu z najnižších cien tepla na Slovensku. Počas dvojročnej prevádzky tejto technológie sa podarilo ušetriť viac ako 25 000 ton emisií CO₂.
V Dolnom Kubíne prebehla rekonštrukcia kotolne Bysterec zmenou a doplnením palivovej základne zo zemného plynu na drevnú štiepku. Cena tepla sa vďaka lacnejšiemu palivu znížila približne o 80 až 100 Sk za GJ a došlo k výraznému zredukovaniu emisií CO₂. V Kysuckom Novom Meste sa zrealizoval projekt rekonštrukcie mestskej kotolne so zmenou palivovej základne z uhlia na drevnú štiepku, pričom sa tu nainštaloval kotlový systém s menovitým výkonom 7,0 MW.
Biomasa ako akumulátor slnečnej energie
Biomasa vzniká vďaka slnečnej energii a z energetického pohľadu slúži ako jej akumulátor. Výhodou biomasy je, že sa ňou dá pomerne jednoducho a dlhodobo energiu skladovať. Nevýhodou je nízka účinnosť premeny slnečného žiarenia na energiu.
Formy využitia dreva ako paliva
Drevo je najviac využívaným druhom biomasy na výrobu energie. Ako palivo sa najbežnejšie sa využíva vo forme kusového dreva. Pri dobrom uskladnení si uchováva svoj energetický obsah, ktorý sa dokonca v prvých dvoch až troch rokoch relatívne zvyšuje, pretože drevo vysychá. Ďalšou bežnou formou drevného paliva sú štiepky. Sú to 2 - 4 cm dlhé kúsky dreva, ktoré sa vyrábajú drvením drevných odpadov napr. tenčiny z prerieďovania porastov, konárov a kôry. Ich výhrevnosť je rovnaká ako výhrevnosť dreva, z ktorého sa pripravujú. Ich výhoda je rýchle schnutie a relatívne nízka cena. Brikety sú valcovité telesá s dĺžkou asi 15 - 25 cm vyrobené z odpadovej biomasy drvením, sušením a lisovaním bez chemických prísad. Veľká hustota (asi 1 200 kg/m3) a vysoká výhrevnosť brikiet (19 MJ/kg) znižuje potrebný objem paliva a zjednodušuje manipulácia s ním. Pelety sú relatívne nová forma drevného paliva. Sú to granule s priemerom 6 - 8 mm a dĺžkou 10 - 30 mm. Vyrábajú sa z odpadového materiálu (napr. z pilín a hoblín) bez chemických prísad lisovaním pod vysokým tlakom. Majú malú vlhkosť (8 - 10 %), relatívne vysokú hustotu (min. 650 kg/m3) a vysokú energetickú hustotu (až 20 MJ/kg).
Spaľovanie a pyrolýza biomasy
Spaľovanie je chemický proces rýchlej oxidácie, pri ktorom sa uvoľňuje teplo. Pri zahrievaní dreva pri počiatočnej teplote do 150 °C sa najprv z neho odparuje voda. Potom sa dodávaným teplom pri teplote 150 - 600 °C z dreva uvoľňuje plyn. Práve drevo je špecifické tým, že medzi tuhými palivami obsahuje najvyšší podiel pyrolýzou uvoľňovaných plynných látok (75 - 85 %), ktoré nehoria na rošte, ale medzi roštom a komínom. Po dosiahnutí zápalnej teploty (do 1400 °C) a pri dostatočnom prísune kyslíka dochádza k vznieteniu tohto plynu (tzv. sekundárne spaľovanie) a následnému uvoľňovaniu tepla.
Pyrolýza je termochemický spôsob úpravy biomasy na palivo vyššej kvality, napríklad dreva na drevné uhlie. Spočíva v zohrievaní biomasy bez prítomnosti vzduchu na teplotu 300 až 500 °C, až kým z nej neuniknú všetky prchavé látky. Zvyšok (napr. drevné uhlie) je palivo s takmer dvojnásobnou energetickou hustotou v porovnaní so vstupnou surovinou, ktoré aj lepšie horí (pri vyššej teplote).
Splyňovanie biomasy
Splyňovanie je jednoduchý termochemický proces výroby plynných palív z palív pevných. Splyňovanie je proces, pri ktorom vznikajú horľavé plyny (vodík, oxid uhoľnatý, metán) a niektoré nehorľavé produkty. Celý proces sa uskutočňuje pri nedokonalom (čiastočnom) horení a ohrievaní biomasy teplom vznikajúcim pri horení. Vznikajúca zmes plynov má vysokú energetickú hodnotu a môže sa použiť ako palivo na výrobu tepla, elektriny alebo na pohon motorových vozidiel. Splyňovanie sa deje v kotli s obmedzeným prístupom vzduchu. Nedostatok kyslíka spôsobuje nedokonalé horenie.
Anaeróbna fermentácia biomasy
Anaeróbna fermentácia (anaeróbne vyhnívanie alebo metánové kvasenie) je biochemická premena biomasy, pri ktorej sa uvoľňuje bioplyn. Fermentácia sa uskutočňuje vo vzduchotesnej nádrži bioplynovej stanice (fermentore), kde sa biomasa zahrieva na prevádzkovú teplotu počas presne stanovenej doby zdržania (obyčajne experimentálne overenej). Pri fermentácii sa najčastejšie využíva mezofilné pásmo. Bioplyn je zmes plynov s obsahom metánu a oxidu uhličitého.
Dotácie na kotly na biomasu
Na Slovensku existujú programy na podporu inštalácie kotlov na biomasu. Súčasťou žiadosti o vydanie poukážky v prípade kotlov na biomasu je aj čestné vyhlásenie, že nový podporený kotol na biomasu nahradí dovtedy využívaný kotol na tuhé fosílne palivo.
Spotreba paliva v kotloch na drevo a pelety
Spotreba paliva v splyňovacom kotle na drevo sa pohybuje od asi 4 kg/hod. pre kotol s výkonom 18 kW až po 18 kg/hod. pre 80 kW zariadenie vhodné pre veľké rodinné domy. Pre štandardný rodinný dom bez zateplenia s celkovou vykurovanou plochou 150 m2, v ktorom žije štvorčlenná rodina, je potrebných cca 2 674 m3 zemného plynu, respektíve 22 300 kWh tepla. Pri využití zemného plynu by náklady na vykurovanie ročne dosiahli 1 403 €. Ak by sa na vykurovanie využívala drevná biomasa v splyňovacom kotly, náklady by pri rovnakých podmienkach boli len 675 €.
Faktory ovplyvňujúce spotrebu a výber kotla
Výkon kotla musí zodpovedať tepelným stratám objektu a potrebám prípravy teplej vody. Potrebujete vyššiu teplotu vykurovacej vody, napr. pre radiátory. Môžu o podporu na inštaláciu kotla na biomasu požiadať aj domácnosti, ktoré ho chcú využívať v novostavbe. Domácnosti, ktoré chcú podporený kotol na biomasu využívať v novostavbe, potvrdzujú nahradenie kotla na tuhé fosílne palivo čestným vyhlásením. Zároveň musia preukázať, že sa novým kotlom na biomasu nahradí kotol na tuhé fosílne palivo, ktorý bol v projektovej dokumentácii pôvodne navrhnutý.
Energetická efektívnosť a úspory
Spotreba všetkých foriem energie na Slovensku je v prepočte približne 3 tony ropy na osobu za rok, teda celkovo približne 16,2 milióna ton ropného ekvivalentu za celé Slovensko každý rok. Priemerná domácnosť ročne spotrebuje 2 000 - 4 000 kWh elektriny, čo je menej ako v susedných krajinách. V prípade, ak sa v domácnosti elektrina využíva aj na vykurovanie, môže byť spotreba aj 10 - 15 násobne vyššia.
Domácnosti vytrvalo znižujú spotrebu tepla na vykurovanie a ohrev vody, najmä vďaka komplexnej obnove budov (zatepľovanie). Elektrický ohrev vody sa významne podieľa na spotrebe energie, preto by si mohli domácnosti v rámci šetrenia zistiť, koľko teplej vody spotrebujú a napríklad znížiť na termostate bojlera max. teplotu vody. Napr. znížením teploty vody v bojleri z 80°C na 60°C dokáže domácnosť ušetriť v priemere 20 - 30 % elektrickej energie na ohrev vody.
Drevná štiepka ako lacné vykurovacie palivo
Drevná štiepka je lacné vykurovacie palivo. Kotly na štiepku sa dajú plne automatizovať a komfort prevádzky je porovnateľný s prevádzkou plynových kotlov. Drevné brikety predstavujú suché a kvalitné palivo s relatívne vysokou výhrevnosťou. Drevné pelety sú palivom pre automatické kotly s vlastnosťami veľmi podobnými vlastnostiam brikiet. Slama je z hľadiska výhrevnosti veľmi účinný zdroj energie a pri využití moderných kotlov zabezpečí vysoký komfort.